Dies ist offensichtlich eine "lustige" Frage, aber ich bin sicher, dass sie immer noch gültige Physik enthält, also haben Sie Geduld mit mir.
Wie groß wäre ein Magnetfeld, um andere Elemente in Eisen/Nickel umzuwandeln, wenn das tatsächlich möglich ist?
Das Magnetfeld in der Nähe eines Neutronensterns, ungefähr in der Größenordnung von 10 ^ 10 Tesla, ist so stark, dass es Atomorbitale in dünne "Zigarrenformen" verzerrt. (Die Zyklotronenergie wird größer als die Coulomb-Energie.) Wenn ein fester Kristall in einem solchen Feld platziert würde, würde er sicherlich sehr anisotrop werden, und bei einer bestimmten Feldstärke könnte die Gitterkonstante in der Richtung quer zum Feld klein genug für Kernenergie werden Fusionsraten zwischen den Kernen nicht vernachlässigbar werden.
Wie hoch müssen wir das Feld aufdrehen, bevor sich alle Kerne innerhalb von Stunden oder Tagen auf das absolute Energieminimum von Eisen und Nickel einpendeln?
Update: Aus http://dx.doi.org/10.1086/152986 geht hervor, dass sich Materie in starken Magnetfeldern zu stark gebundenen 1D-Ketten entlang der Feldlinien formt, die nur schwach aneinander gebunden sind, parallel und quer Gitterkonstanten sind tatsächlich vergleichbar.
ein tolles Thema. Erstens sind zehn Gigatesla nur das Magnetfeld in der Nähe eines Magnetars - einer besonderen Art von Neutronenstern. Sie wurden z. B. in diesem Artikel von Scientific American im Jahr 2003 diskutiert:
https://web.archive.org/web/20120204052553if_/http://solomon.as.utexas.edu/~duncan/sciam.pdf
Gewöhnliche Neutronensterne haben 1000-mal schwächere Magnetfelder.
Es ist wahr, dass in den Magnetarsternen Atome zu Zigarren gequetscht werden, die dünner sind als die Compton-Wellenlänge des Elektrons – die zwischen dem Radius des Elektrons (und auch dem Radius des Kerns) und dem Radius des Atoms liegt.
Es ist jedoch ein so starkes Feld, dass viele andere Dinge passieren. Beispielsweise gibt es eine Box-Wechselwirkung zwischen 4 Photonen, die durch eine virtuelle Elektronenschleife verursacht wird. Dies ist normalerweise vernachlässigbar - daher sagen wir, dass die Maxwell-Gleichungen in den elektromagnetischen Feldern linear sind. Bei solch starken Magnetfeldern tritt jedoch die Nichtlinearität ein und ein Photon spaltet sich oft in zwei oder umgekehrt.
Es gibt also eine Menge neuer Dinge in solchen Bereichen. Ein Magnetar, der 1000 Meilen entfernt wäre, würde uns aufgrund des Diamagnetismus von Wasser in unseren Zellen töten.
Magnetare und Fusion
Ihre Idee, Magnetare zur Unterstützung der Fusion einzusetzen, ist natürlich kreativ. Aber ich denke, um die Fusion zu starten, müssen Sie die Kerne näher zusammendrücken als die Compton-Wellenlänge des Elektrons, die ruht Meter, viel länger als der Kernradius. Sie müssten dem Quetschen zwei oder drei weitere Größenordnungen hinzufügen. Dafür reicht ein Magnetar nicht aus.
Wenn Sie solche brutal deformierten Atome haben, können Sie die Kernreaktionen nicht vernachlässigen, an denen Elektronen beteiligt sind - die normalerweise als "irrelevante entfernte kleine Teilchen" angesehen werden, die die Kernprozesse nicht beeinflussen. Wenn ihre Wellenfunktionen jedoch auf Radien gequetscht werden, die wesentlich kürzer als die Compton-Wellenlänge sind, nimmt ihre kinetische Energie erheblich zu. Bei einer der Compton-Wellenlänge vergleichbaren Breite der Wellenfunktion steigt die Gesamtenergie/Masse des Elektrons um etwa O (100 %). Dieser Anstieg kommt nur aus den "dünnen" Richtungen, aber er reicht aus.
Beachten Sie nun, dass die Differenz zwischen der Neutronenmasse und der Protonenmasse nur 2,5 Massen des Elektrons beträgt. Wenn Sie also das Elektron so zusammendrücken, dass seine Gesamtenergie mehr als das 2,5-fache ansteigt, wird es für die Protonen in Ihrem (nicht so) „Kristall“ energetisch bevorzugt, das Elektron zu absorbieren und sich in Neutronen umzuwandeln.
Ich glaube also, dass sich die gesamte Materie in unmittelbarer Nähe des Magnetars tatsächlich in die gleiche Materie verwandeln wird, aus der der Neutronenstern selbst besteht. Das wird passieren, bevor die Protonen die Möglichkeit haben, neue gebundene Zustände wie Eisenkerne zu erzeugen (die Sie durch Fusion erzeugen wollten). Sie werden am Ende Neutronen und fast keine Protonen haben - derselbe Materiezustand, aus dem der Stern selbst aufgebaut ist. In gewisser Weise denke ich, dass dies nicht überraschen sollte - wenn es für jemanden überraschend ist, hätte er die Frage stellen sollen, warum es auf den Neutronensternen keine gewöhnliche Materie mehr gibt.
Nach welcher Zeitspanne werden die Elektronen absorbiert, um die Protonen in Neutronen umzuwandeln? Nun, es ist ein Prozess, der durch die schwache nukleare Wechselwirkung vermittelt wird – wie Beta-Zerfälle. Denken Sie daran, dass die Lebensdauer des Neutrons 15 Minuten beträgt, aber aufgrund einiger kinematischer Unfälle eine ungewöhnlich lange Zeit ist. Die normalen Objekte gleicher Größe – etwa die extrem gequetschten zigarrenförmigen Atome – würden schneller zerfallen (in diesem Fall in Neutronen und Neutrinos). Andererseits nehmen die Elektronen in den zigarrenförmigen Atomen eine größere Region ein als die Quarks im Neutron. Dies kann jedoch nur höchstens 4 Größenordnungen hinzufügen. Zusammenfassend denke ich, dass die Elektronen innerhalb von Tagen oder Monaten, wenn nicht noch schneller, verschluckt würden, um Neutronen zu erzeugen.
Alles Gute Lubos
David z
Sklivvz
Cem